ГБОУ ВПО «Сургутский государственный университет ХМАО-Югры»

Методическая разработка

практического занятия № 2 для студентов

Тема занятия: «Организация наследственного материала у про- и экариот. Реализация генетической информации в признак и ее регуляция».

Сургут, 2014 г.

Цель: Ознакомиться с молекулярной структурой и свойствами нуклеиновых кислот, хромосом, стадиями биосинтеза белка, принципами регуля­ции генной активности.

Задачи:

1. Изучить молекулярную структуру и свойства нуклеиновых кислот, хромосом, стадии биосинтеза белка, принципы регуля­ции генной активности.

2. Овладеть решением генетических задач с использованием генетического кода.

3.Усвоить закономерности репродукции клеток, размножения организмов и явлений наследственности и изменчивости.

Необходимый исходный уровень знаний:

1. Данная тема базируется на знаниях, полученных студентами в школьном курсе “Общей генетики”, или программы мед. училища.

2. Внутрипредметные связи – на данную тему опираются практические занятия в курсе биологии по генетике человека, теория эволюции, молекулярная биологии.

2.2. Межпредметные связи:

а) цитология, эмбриология и гистология;

б) анатомия и патологическая анатомия;

в) нормальная и патологическая физиология;

г) микробиология;

д) лабораторная диагностика;

е) биохимия.

Вопросы для самоподготовки студентов

1. Каковы особенности организации наследственного материала у про- и эукариот?

2. Какова молекулярная организация и функции нуклеиновых кислот?

3. Что такое ген? Какое определение гена вы считаете более точным?

4. Каковы особенности строения генов у про- и эукариот?

5. Что такое генетический код и каковы его свойства?

6. Каковы основные этапы биосинтеза белка, в чем их сущность?

7. Каковы механизмы регуляции генной активности у прокариот (схема Жакоба-Моно)?

8. Каковы механизмы регуляции генной активности у эукариот (схема Бриттена-Дэвидсона)?

Самостоятельная работа студентов:

Работа 1. ДНК в ядрах клеток

На постоянном препарате под большим увеличением мик­роскопа рассмотрите в ядрах клеток печени ДНК, выявленную с помощью реакции Фельгена.

Зарисуйте несколько ядер, в которых ДНК окрашена в пурпурно-малиновый цвет.

Работа 2. Молекулярная структура ДНК эукариот.

Рассмотрите рисунок.

Рис. 1. Строение ДНК эукариот.

А - аденин; Г - гуанин - пуриновые азотистые основания; Ц - цитозин; Т - тимин - пиримидиновые азотистые основания; Д - дезоксирибоза; Ф - оста­ток фосфорной кислоты; Н - нуклеотид.

Работа 3. Структурно-функциональная организация ДНК у про- и эукариот

Изучите табл. 1 и 2.

Таблица 1.

Участок ДНК

Функция

Структурные гены Экзоны Оператор Промотор Терминатор Сенсорный ген Ген-регулятор Ген-интегратор Гены-модуляторы: энхансеры; сайленсеры; мутаторы; антимутаторы Неинформативные участки ДНК: интроны спейсеры сателлитная ДНК

Имеются у про- и эукариот и содержат информа­цию о строении белков, выполняющих специфи­ческие и общеклеточные функции, а также ин­формацию о тРНК и рРНК. Информативные участки генов. Расположен у прокариот перед структурными ге­нами и служит для связи с белком-репрессором. Служит для связи с ферментом РНК-полимеразой. У прокариот представлен ТАТААТ-последовательностью (блок Прибнова), а у эукариот — ТАТА-блоком или ЦААТ-блоком, которые рас­положены на разных расстояниях от стартовой точки транскрипции. Служит для прекращения роста цепи РНК и ее освобождения от матрицы ДНК. У большинства прокариот в связи с наличием факторов антитерминации транскрипция продолжается за преде­лами терминатора, что ведет к образованию полицистронной мРНК. У эукариот терминатор останавливает движение РНК-полимеразы и в итоге образуется моноцистронная мРНК Служит у эукариот для восприятия химического индукционного сигнала. У прокариот содержит информацию о структуре белков-репрессоров, регулирующих работу дру­гих генов. Координирует работу других генов и может ока­зывать у эукариот плейотропный эффект Обнаружены только у эукариот Усиливают транскрипцию Тормозят транскрипцию Способствуют мутациям других генов Снижают мутагенный эффект Имеются в составе генов эукариот и не содержат информацию о белке, кодируемом данным геном. Некодируюшие последовательности, разделяю­щие структурные гены. Участвует в конъюгации хромосом эукариот? Может содержать мобильные элементы

Таблица 2

Признаки	Прокариоты	Эукариоты
Количество генов Количество ДНК Кодирующие последовательности ДНК Связь ДНК с гистонами Укладка ДНК Количество репликонов Активно работающие участки Процессинг Регуляция транскрипции	4 тыс. (Е. coli) 4 млн. пар нуклеотидов Более 90 % Отсутствует Кольцевая, содержит 100 петель по 40 тыс. пар нуклеотидов Один Более 90 % генов Отсутствует Оперонная	Около 30 тыс. (человек) 3-7 млрд. пар нуклеотидов Менее 10 % Формирует нуклеосомы Линейная с замкнутыми в теломеры концами, имеет 4 уровня спирализации 50 тыс. Менее 10 % генов Осуществляется при пе­реходе пре-мРНК из ядра в цитоплазму Сложная каскадная

Работа 4. Организация наследственного материала у прока­риот (нуклеоид).

Рассмотрите рис. 2 и обратите внимание на укладку ДНК в виде петель.

Рис. 2. Укладка ДНК в нуклеоиде прокариот.

1 - кольцевая молекула ДНК; 2 - укладка ДНК в виде петель; 3 - белки, свя­зывающие петли ДНК.

Работа 5. Организация наследственного материала у эука­риот (нуклеосомная нить)

Рассмотрите по рис. 6 первый уровень организации наслед­ственного материала у эукариот.

Рис. 3. Строение нуклеосомной нити у эукариот. 1 - нуклеосома; 2 - ДНК; 3 - гистоны Н2А, Н2В, НЗ и Н4; 4 - гистон Н1.

Работа 6. Биосинтез белка у прокариот (а) и эукариот (б).

Изучите и зарисуйте процесс биосинтеза белка по схеме 1.

Схема 1. Биосинтез белка у прокариот (а) и эукариот (б)

Работа 7. Транскрипция и процессинг у эукариот.

Изучите транскрипцию и процессинг по рис. 4.

Рис. 4. Транскрипция и процессинг у эукариот.

1 - ДНК: 2 - пре-м РНК; 3 - РНК-полимераза; 4 - кодогенная цепь ДНК; 5 - зкзоны; 6 - интроны; 7 - зрелая мРНК; Т - терминатор; КЭП и поли-А - концевые последовательности нуклеотидов; ТАЦ и АУГ - инициаторные триплеты.

Работа 8. Трансляция. Этапы рибосомного цикла (1 - ини­циация; 2 - элонгация; 3 - терминаиия). Изучите и зарисуйте по рис. 5 процесс трансляции

Рис. 5. Процесс трансляции.

1 - малая субъединица рибосомы; 2 - большая субъединица рибосомы; 3 – аминоацильный (А) центр; 4 - пептидильный (П) центр; 5 - АУГ-инициаторный триплет мРНК; 6 - терминатор мРНК; 7 - инициаторная тРНК; 8 - аминокислоты формирующегося полипептида; 9 - колпачок.

Рис. 6. Регуляция синтеза белка путем индукции (а, б) и репрессии (в, г).

а - структурные гены оперона блокированы; б - дерепрессирование генов ин­дуктором; в - при недостаточном количестве конечного продукта (корепрессора) оперон дерепрессирован.

Рис. 7. Продолжение.

г - при избыточном количестве конечного продукта оперон репрессирован ак­тивным голорепрессором.

Работа 9. Коллинеарность триплетов ДНК, мРНК, тРНК и аминокислот в молекуле белка при заданных кодогенах ДНК.

Используя таблицу генетического кода, заполните табл. 3.

Таблица 3

Кодогены ДНК	ТАЦ	АТА	ГЦА	ТГЦ	АЦЦ	ЦЦА	ГАТ	ТЦА	ААА	АЦГ
Кодоны мРНК Антикодоны тРНК Аминокислоты в белке